(57)【要約】  固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１）は、逆方向に回転する上ロータ（７）、下ロータ（８）を備えたロータ駆動ユニット（２）と、ロータ駆動ユニット（２）をロータの回転中心線（６）に直交する直交平面方向にスライドさせるスライドユニット（３）と、スライドユニット（３）の下面から揺動自在継手（４）を介して吊り下げられている下部機体（５）と、制御回路（３０）を有している。ロータ駆動ユニット（２）が揺動自在継手（４）を中心として下部機体（５）の重心方向に対して傾斜する場合に、ロータ（７、８）の回転により発生する推力の中心点を通る垂線に下部機体（５）の重心を通る垂線が一致するように、ロータ駆動ユニット（２）の傾斜方向に、当該ロータ駆動ユニット（２）がスライドして、機体の振動、揺れが抑制される。
2012026112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の回転中心線（６）の回りを逆方向に回転可能な上ロータ（７）および下ロータ（８）を備えたロータ駆動ユニット（２）と、
前記ロータ駆動ユニット（２）を前記回転中心線（６）に直交する直交平面方向にスライドさせるために当該ロータ駆動ユニット（２）の下面に取り付けたスライドユニット（３）と、
前記スライドユニット（３）の下面から揺動自在継手（４）を介して吊り下げられている下部機体（５、５Ａ）と、
前記ロータ駆動ユニット（２）あるいは前記スライドユニット（３）の下面と前記下部機体（５、５Ａ）の間に架け渡した少なくとも２本の伸縮式の連結具（１７、１７Ａ）と、
前記連結具（１７、１７Ａ）の伸縮量を検出するために当該連結具（１７）に取り付けられている検出器（１７ｅ）と、
前記検出器（１７ｅ）の検出出力に基づき、前記スライドユニット（３）による前記ロータ駆動ユニット（２）のスライド方向およびスライド量を制御する制御回路（３０）とを有し、
前記制御回路（３０）は、前記検出器（１７ｅ）によって検出された前記連結具（１７）の伸縮量に基づき、前記ロータ駆動ユニット（２）が前記揺動自在継手（４）を中心として前記下部機体（５、５Ａ）の重心方向に対して傾斜する場合に、前記上ロータ（７）および前記下ロータ（８）の回転により発生する推力の中心点（Ｏ２）を通る垂線に前記下部機体（５、５Ａ）の重心（Ｏ１）を通る垂線が一致するように、前記ロータ駆動ユニット（２）の傾斜方向に当該ロータ駆動ユニット（２）をスライドさせることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１、４００）。
【請求項２】
請求項１において、
前記ロータ駆動ユニット（２）を、前記揺動自在継手（４）を中心として、前記下部機体（５）の重心方向に対して傾斜させるために手動操作される操縦用スティック（１１）を有していることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１）。
【請求項３】
請求項２において、
前記操縦用スティック（１１）に作用する操作力を検出するための検出器を備えており、
前記検出器の検出値が予め定めた値以下となるように、前記スライドユニット（３）によって前記ロータ駆動ユニット（２）をスライドさせることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１）。
【請求項４】
請求項１において、
前記連結具として機能する伸縮アクチュエータ（１７Ａ）を備えており、
前記制御回路（３０）は、前記伸縮アクチュエータ（１７Ａ）のそれぞれを個別に伸縮させることにより、前記ロータ駆動ユニット（２）を、前記揺動自在継手（４）を中心として、前記下部機体（５）の重心方向に対して所定の方向に所定の角度だけ傾斜させる操縦制御を行うことを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下に配置した二つのロータが共通の回転中心軸線回りに逆回転する固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタに関する。更に詳しくは、小さな操作力で操縦することができると共に、大きな振動を伴うことなく安定した飛行姿勢を維持することのできる固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタは、互いに逆方向に回転する二つの同形ロータを上下に配置することでトルクを打ち消し合っており、尾部ロータを必要としないので、全体の寸法を小さくでき、一人乗り等の小型ヘリコプタ、薬剤散布などに用いる無線操縦式の小型ヘリコプタとして用いるのに適している。この形式のヘリコプタでは、推力はロータのブレードの回転面を水平面に対して傾斜させることにより得られ、ヨーコントロールは２枚のロータの回転速度差により行うことができる。【０００３】
本願出願人は、特許文献１において、手軽に使用することのできる一人乗り用の小型ヘリコプタを提案している。当該特許文献１に開示の小型ヘリコプタでは、座席部を備えた下部機体が、２枚のロータを備えた駆動部に対して、円弧状のスライドレールを備えた前後揺動機構および左右揺動機構を介して吊り下げられている。座席に座ったパイロットが操縦用スティックを前後左右に操作することにより２枚のロータを前後左右に傾けることができ、これにより、目標とする方向に向かって飛行することができるようになっている。【０００４】
この小型ヘリコプタの操縦機構は、ロータ側の駆動ユニットの下面から吊り下げられている前後揺動機構と、この前後揺動機構から吊り下げられている左右揺動機構と、駆動ユニットの下面に固定した操縦用スティックを備えている。前後揺動機構は駆動ユニットの下面に取り付けた前後方向に延びる円弧状のガイドレールを備え、このガイドレールに沿って前後方向に揺動可能な状態で左右揺動機構が吊り下げられている。左右揺動機構は前後揺動機構から吊り下げられている左右方向に延びる円弧状のガイドレールを備え、このガイドレールに沿って左右方向に揺動可能な状態で下部機体（座席部を備えたパイプフレーム）が吊り下げられている。【０００５】
また、操縦機構には小さな操作力で簡単に操作するための操縦補助ユニットが備わっている。操縦補助ユニットは、ロータおよびその駆動部を備えた駆動ユニットをスライドさせて、ロータによる揚力中心をヘリコプタの重心に一致させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３７３１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１において提案されている小型ヘリコプタでは、ロータ側の駆動ユニットから、前後揺動機構および左右揺動機構を介して、下部機体が吊り下げられており、下部機体が横風などの影響によって前後左右に振れ易い。このため、風が強い場合等において安定した姿勢でホバーリングを行うことができない。また、前後左右の振動、揺れを抑制する必要があるので、小さな操作力で安定した飛行姿勢を維持することが困難であり、姿勢安定性に欠けるという問題がある。さらには、操縦補助ユニットによってロータ側の駆動ユニットがスライドする場合にも、下部機体が前後左右に揺れてしまい、小さな操作力で安定した飛行姿勢を短時間で形成することが困難な場合がある。【０００８】
本発明の課題は、機体の振動、揺れを抑制して姿勢安定性に優れた固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタは、
共通の回転中心線の回りを逆方向に回転可能な上ロータおよび下ロータを備えたロータ駆動ユニットと、
前記ロータ駆動ユニットを前記回転中心線に直交する直交平面方向にスライドさせるために当該ロータ駆動ユニットの下面に取り付けたスライドユニットと、
前記スライドユニットの下面から揺動自在継手を介して吊り下げられている下部機体と、
前記ロータ駆動ユニットあるいは前記スライドユニットの下面と前記下部機体の間に架け渡した少なくとも２本の伸縮式の連結具と、
前記連結具の伸縮量を検出するために当該連結具に取り付けられている検出器と、
前記検出器の検出出力に基づき、前記スライドユニットによる前記ロータ駆動ユニットのスライド方向およびスライド量を制御する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記検出器によって検出された前記連結具の伸縮量に基づき、前記ロータ駆動ユニットが前記揺動自在継手を中心として前記下部機体の重心方向に対して傾斜する場合に、前記上ロータおよび前記下ロータの回転により発生する推力の中心点を通る垂線に前記下部機体の重心を通る垂線が一致するように、前記ロータ駆動ユニットの傾斜方向に当該ロータ駆動ユニットをスライドさせることを特徴としている。【００１０】
本発明のヘリコプタにおいて、ロータ駆動ユニットは揺動自在継手を中心として下部機体に対して傾斜する。ロータ駆動ユニットが下部機体に対して傾くと、それに伴って各伸縮具が伸縮し、各検出器によって検出された伸縮量に基づきロータ駆動ユニットの傾斜方向および傾斜角度が分かる。スライドユニットはロータ駆動ユニットを検出された傾斜方向に、検出された傾斜角度に対応する距離だけスライドさせる。この結果、ロータ駆動ユニットの元のロータ回転中心線を中心として見ると、下部機体は、ロータ駆動ユニットに対して、あたかも、曲率が自由に変わるジンバルを介して連結されているかのような動きをする。このような動きにより、下部機体の振動、揺れを抑制でき、小さな操作力でロータ駆動ユニットを傾斜姿勢に保持できる。よって、ホバーリング時および飛行時の姿勢を安定させることができる。【００１１】
ここで、有人用のヘリコプタの場合には、操縦用スティックをロータ駆動ユニットあるいはスライドユニットに取り付け、操縦用スティックを操作して、前記ロータ駆動ユニットを、前記揺動自在継手を中心として、前記下部機体の重心方向に対して傾斜させるようにすればよい。【００１２】
操縦用スティックを操作するとロータ駆動ユニットが傾斜して２枚のロータが傾斜する。この結果、２枚のロータのブレード回転面が傾斜して傾斜方向への推力が発生するので、ヘリコプタを傾斜方向に移動させることができる。【００１３】
この場合、操縦用スティックに作用する操作力を検出するための検出器を配置し、スライドユニットは、検出器の検出値が予め定めた値以下となるように、ロータ駆動ユニットをスライドさせることが望ましい。このようにすれば、操縦用スティックを操作するために必要な操作力を常に一定の強さの力以下に抑えることができる。【００１４】
次に、無人用の無線操縦式のヘリコプタの場合には、ロータ駆動ユニットあるいはスライドユニットと下部機体の間を、揺動自在継手を取り囲む状態に配置した少なくとも２本の伸縮アクチュエータによって連結しておき、これらの伸縮アクチュエータを個別に伸縮させることにより、ロータ駆動ユニットを、揺動自在継手を中心として、下部機体の重心方向に対して傾斜させるようにすればよい。【００１５】
この場合においても、伸縮アクチュエータのそれぞれの伸縮量に基づき、スライドユニットによってロータ駆動ユニットをスライドさせればよい。すなわち、各伸縮アクチュエータの伸縮量に基づき、ロータ駆動ユニットの傾斜方向、傾斜角度が決まるので、これに基づき、ロータ駆動ユニットをスライドさせて、ロータ駆動ユニット側の揚力中心に下部機体側の重心を一致させることができる。このようにすれば、各伸縮アクチュエータの負荷を低減できるので、伸縮アクチュエータの小型化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を示す説明図である。
【図２】図１のヘリコプタのロータ駆動ユニットの平面配置を示す説明図である。
【図３】図１のヘリコプタのロータ駆動ユニットおよびスライドユニットを示す概略側面図である。
【図４】図１のロータ駆動ユニットを示す部分縦断面図である。
【図５】図１のヘリコプタの操縦機構の動作説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る無人用のヘリコプタの全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタの実施の形態を説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を示す説明図であり、図２はヘリコプタのロータ駆動ユニットの平面配置を示す説明図であり、図３はヘリコプタのロータ駆動ユニットおよびスライド機構を示す概略側面図であり、図４はロータ駆動ユニットを示す部分縦断面図である。
【００１９】
（全体構成）
図１、図２および図３を参照して実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を説明する。ヘリコプタ１は、上ロータ７および下ロータ８を回転駆動するためのロータ駆動ユニット２と、このロータ駆動ユニット２の下面に取り付けられているスライドユニット３と、このスライドユニット３の下面から揺動自在継手４を介して吊り下げられている下部機体５とを有している。上ロータ７および下ロータ８は、回転中心線６を中心として逆方向に回転する。スライドユニット３の下側には円環状のマフラ１０が取り付けられている。
【００２０】
ロータ駆動ユニット２の下面に取り付けられているスライドユニット３には金属製の操縦用スティック１１が取り付けられている。操縦用スティック１１はスライドユニット３におけるヘリコプタ前面側の端から前方に水平に延びた後に湾曲して下方に延びる略Ｌ形状のスティックである。スライドユニット３には、ロータ駆動ユニット２を下部機体５に対して相対的に、回転中心線６に直交する直交平面方向にスライドさせるための前後スライドユニット１２および左右スライドユニット１３が搭載されている。
【００２１】
図２、図３に示すように、前後スライドユニット１２は、ヘリコプタ前後方向（操縦用スティック１１の位置する方向）に配置されている。この前後スライドユニット１２の前後スライダ１２ａには、これに直交するヘリコプタ左右方向に延びる左右スライドユニット１３が搭載されている。左右スライドユニット１３の左右スライダ１３ａがロータ駆動ユニット２の下面に取り付けられている。なお、左右スライドユニット１３に前後スライドユニット１２を搭載し、前後スライドユニット１２をロータ駆動ユニット２の下面に取り付けてもよい。
【００２２】
一方、図１、図３に示すように、下部機体５は上下方向に延びる金属製のパイプフレーム１４を中心に構成されている。パイプフレーム１４の上端部１４ａは揺動自在継手４（ユニバーサルジョイント）を介してスライドユニット３の底板１５の下面中心部に連結されている。上端部１４ａおよび揺動自在継手４は、初期位置にある回転中心線６の延長線上に中心および揺動中心が一致するように配置されている。
【００２３】
パイプフレーム１４の上端部１４ａには、底板１５から下側に一定の距離の部位に、円盤状フランジ１６が水平に固定されている。これら、底板１５と円盤状フランジ１６の間には、揺動自在継手４を中心として等角度間隔で３本以上の伸縮式の連結具が架け渡されている。本例では、上下方向に延びる４本の伸縮式の連結具１７が同一円上に９０度の角度間隔で配置されている。なお、揺動自在継手４を中心として１８０度未満の角度、例えば、９０度の角度で２本の連結具１７を架け渡しておくこともできる。各伸縮式の連結具１７の伸縮ロッド１７ａの上端部はボールジョイント１７ｂを介して底板１５に連結されており、各連結具１７の固定側ハウジング１７ｃの下端部は、伸縮ロッド１７ａの中心軸線の延長線上の位置において同じくボールジョイント１７ｄを介して円盤状フランジ１６に連結されている。また、各伸縮式の連結具１７には、その伸縮ロッド１７ａの伸縮量を検出するための検出器１７ｅが内蔵されている。
【００２４】
操縦用スティック１１を操作して、揺動自在継手４を中心として、ロータ駆動ユニット２を前方に傾斜させると、揺動自在継手４を挟み前後に位置する連結具１７が伸縮する。また、ロータ駆動ユニット２を左右に傾斜させると、左右の連結具１７が伸縮する。したがって、４本の連結具１７の伸縮量に基づき、ロータ駆動ユニット２の傾斜方向、傾斜角度が分かる。
【００２５】
図１に示すように、パイプフレーム１４の下側部分には座席部２１が取り付けられている。座席部２１の下側のパイプフレーム１４の部位は例えば三又状に広がったスタンド部分２２となっており、スタンド部分２２の下端には車輪２３が取り付けられている。スタンド部分２２における座席部２１の後側の部位には燃料タンク２４が取り付けられている。操縦用スティック１１の下端の操縦桿部分１１ａは、座席部２１に座ったパイロットＰにより操作可能な高さ位置にある。
【００２６】
次に、図１および図４を参照してロータ駆動ユニット２の上下のロータ７、８について説明する。下ロータ８は、中空のロータシャフト８１と、ロータシャフト８１の外周面に固着したロータハブ８２と、ロータハブ８２に対してヒンジ機構を介して支持されている一対のブレード８３、８４とを備えている。上ロータ７も同様な構造であり、中空のロータシャフト７１と、ロータシャフト７１の外周面に固着したロータハブ７２（図１参照）と、ロータハブ７２に対してヒンジ機構を介して支持されている一対のブレード７３、７４（図１参照）とを備えている。上ロータ７のロータシャフト７１は、その内側に同軸状態に配置されている中空の垂直シャフト４０によって回転自在に支持されており、下ロータ８のロータシャフト８１は上ロータ７のロータシャフト７１の外周に同軸状態で回転自在に支持されている。
【００２７】
図２および図４を参照してロータ駆動ユニット２の内部構造を説明する。ロータ駆動ユニット２は、エンジンユニット２５と、ここから出力される回転駆動力を逆向きの等速度回転としてロータシャフト７１および８１に伝達する駆動力伝達機構５０とを備えている。エンジンユニット２５は、本例では、図２から分かるように、９０度の角度間隔で放射状に配列した４基のエンジンユニット２５（１）〜２５（４）（以下において、これらを総称してエンジンユニット２５と呼ぶこともある。）を備えている。エンジンユニット２５（１）〜２５（４）はそれぞれクラッチ機構を介して共通の駆動力伝達機構５０に連結されている。各エンジンユニット２５（１）〜２５（４）のエンジンおよびクラッチ機構は別個独立に駆動可能となっている。従って、例えば、１基のエンジンが故障等によって止まった場合においても支障なく飛行を継続できる。各エンジンユニット２５（１）〜２５（４）の基本構造は同一であり、図４に示すように、２気筒のエンジン本体４１と、このエンジン本体４１のクランク軸４２にクラッチ機構４３を介して同軸状に連結されている回転出力軸４４と、始動用モータ４９とを備えている。
【００２８】
４基のエンジンユニットのうち２基のエンジンユニット２５（１）、２５（２）には、それらの回転出力軸４４に、一方向クラッチ４５を介して、中空形の非常用電動モータ４６が取り付けられている。非常用電動モータ４６は、一方向クラッチ４５を挟み、回転出力軸４４に同軸状態で連結されている円筒状のモータロータ４７と、このモータロータ４７の円形外周面に対して一定のギャップで対峙している複数の突極を備えたモータステータ４８とを備えている。エンジン本体４１の側から回転出力軸４４が回転駆動されている状態では、一方向クラッチ４５の作用により、非常用電動モータ４６のモータロータ４７は実質的に停止した状態に保持される。エンジン停止状態において、非常用電動モータ４６に通電して当該非常用電動モータ４６を駆動すると、そのモータロータ４７の回転が一方向クラッチ４５を介して回転出力軸４４に伝達されるので、当該回転出力軸４４を回転させることが可能である。
【００２９】
残りの２基のエンジンユニット２５（３）、２５（４）には、それらの回転出力軸４４に中空形の発電機４６Ａが同軸状態に取り付けられている。発電機４６Ａは回転出力軸４４の回転によって発電し、発生した電力は不図示のキャパシタに充電されるようになっている。キャパシタが非常用電動モータ４６を駆動するための非常用電源として用いられるようになっている。
【００３０】
なお、非常用電動モータ４６および発電機４６Ａの個数は、２個ずつに限定されるものではない。例えば、非常用電動モータ４６を３基のエンジンユニットに取り付け、残りの１基のエンジンユニットに発電機４６Ａを取り付けてもよい。また、エンジンユニットも４基以外の数とすることも勿論可能である。
【００３１】
ここで、本例においては、不図示の高度センサなどを用いて、緊急落下時の高度が測定され、着地点からの高さが所定の高さ、例えば、５ｍ程度の高さになると、非常用電動モータ４６を起動して、回転出力軸４４を回転駆動する。これにより、緊急落下着地時の衝撃を緩和することができる。非常用電動モータ４６としては、例えば、３０ＨＰ程度の小型のものでよい。また、緊急用であるので、駆動時間も数秒程度のものでよい。
【００３２】
次に、駆動力伝達機構５０は、下側に配置された第１の遊星歯車機構１００と、上側に配置された第２の遊星歯車機構２００とを備えている。第１の遊星歯車機構１００は、上ロータ７のロータシャフト７１の外周面に対して同軸状態でスプライン結合されたサンギヤ１０１と、このサンギヤ１０１に噛み合っている複数個のプラネタリーギヤ１０２と、各プラネタリーギヤ１０２に噛み合っているインターナルギヤ１０３とを備えている。同様に、第２の遊星歯車機構２００も、下ロータ８のロータシャフト８１の外周面にスプライン結合されたサンギヤ２０１と、このサンギヤ２０１に噛み合っている複数個のプラネタリーギヤ２０２と、各プラネタリーギヤ２０２に噛み合ったインターナルギヤ２０３とを備えている。
【００３３】
各遊星歯車機構１００、２００のプラネタリーギヤ１０２、２０２を支持しているキャリアは円筒状の共通キャリア１０４であり、その上端側には第２の遊星歯車機構２００のプラネタリーギヤ２０２が回転自在に支持され、その下端側には第１の遊星歯車機構１００のプラネタリーギヤ１０２が回転自在に支持されている。
【００３４】
インターナルギヤ１０３の上側環状端面およびインターナルギヤ２０３の下側環状端面には、それぞれ、クラウンギヤ６１、６２が固着あるいは一体形成されており、これらの上下一対のクラウンギヤ６１、６２は、各回転出力軸４４の内側の軸端に形成した駆動ピニオン６３と噛み合っている。駆動ピニオン６３の回転中心線４４ａは、ロータ７、８の回転中心線６（垂直シャフト４０の中心軸線）に対して直交する方向に延びている。
【００３５】
駆動力伝達機構５０における駆動力の伝達動作を説明する。各回転出力軸４４の先端の駆動ピニオン６３が回転駆動されると、ここに噛み合っているクラウンギヤ６１、６２を介して、インターナルギヤ１０３、２０３が回転中心線６を中心として逆方向に等速回転する。各インターナルギヤ１０３、２０３の回転は、共通キャリア１０４によって回転自在に支持されている各プラネタリーギヤ１０２、２０２を介して、それぞれ、サンギヤ１０１、２０１に伝達される。従って、サンギヤ１０１に連結されている上ロータ７のロータシャフト７１と、サンギヤ２０１に連結されている下ロータ８のロータシャフト８１は、逆方向に等速回転する。このようにして、上下のロータ７、８は通常運転時には、逆方向に等速回転する。
【００３６】
次に、ロータ駆動ユニット２にはヨーコントロール機構３００が備わっている。ヨーコントロール機構３００は、第１および第２の遊星歯車機構１００、２００の共通キャリア１０４を回転させる差動回転発生機構である。この機構は、モータ３０１と、共通キャリア１０４の外周面に形成した外歯歯車３０２と、モータ３０１の出力軸３０３と外歯歯車３０２の間を連結している歯車減速機３１０とを備えている。歯車減速機３１０の減速回転出力軸には歯車３１１が取り付けられており、この歯車３１１は伝達歯車３１２を介して、外歯歯車３０２に連結されている。
【００３７】
モータ３０１を駆動すると、その出力軸３０３の回転が、歯車減速機３１０を介して共通キャリア１０４に伝達され、この共通キャリア１０４を所定の方向に所定の速度で回転させる。この結果、第１および第２の遊星歯車機構１００、２００のサンギヤ１０１、２０１の間に差動運動が発生し、一方のサンギヤが他方のサンギヤよりも高速回転する。よって、上下のロータ７、８は、共通キャリア１０４の回転速度に対応した速度差で逆方向に回転することになる。このために、回転中心線６の回りに、速度差に応じたモーメント力が発生して、ロータ駆動ユニット２は、回転中心線６を中心として、低速回転するロータの回転方向に向きを変えることになる。
【００３８】
従って、モータ３０１の駆動速度、回転方向を制御する制御スイッチ等をパイロットの操作可能な位置に配置しておけば、ロータ駆動ユニット２のヨーコントロールを行うことができる。
【００３９】
（操縦機構）
次に、図３を参照してヘリコプタ１の操縦機構について説明する。操縦機構は、上ロータ７および下ロータ８を回転自在に支持している垂直シャフト４０（ロータ回転中心線６）を、下部機体５の重力方向に対して前後左右に傾斜させることにより、上ロータ７、下ロータ８のブレード回転面を傾斜させてヘリコプタ１の推進方向を制御するものである。本例の操縦機構は、操縦用スティック１１と、下部機体５の揺動中心を規定している揺動自在継手４と、ロータ駆動ユニット２を前後、左右にスライドさせるスライドユニット３（前後スライドユニット１２および左右スライドユニット１３）と、伸縮式の連結具１７のそれぞれの伸縮量を検出するために各伸縮ロッド１７ａに取り付けられている検出器１７ｅとを備えている。
【００４０】
初期状態においては、図３に示すように、ロータ駆動ユニット２と下部機体５とは、垂直シャフト４０の回転中心線６が揺動自在継手４の中心を通る位置関係にある。ヘリコプタ１が浮上すると、下部機体５は揺動自在継手４を中心として揺動自在の状態でスライドユニット３から吊り下げられた状態になる。
【００４１】
この状態で、パイロットＰが操縦用スティック１１を前後あるいは左右に操作すると、ロータ駆動ユニット２およびスライドユニット３が、揺動自在継手４を中心として、下部機体５に対して、前後あるいは左右に傾く。この結果、垂直シャフト４０も前後あるいは左右に傾き、上ロータ７、下ロータ８も水平面に対して傾斜するので、ヘリコプタ１の進行方向を制御することができる。また、操縦用スティック１１への操作力を解除すると、重力の作用によって、垂直シャフト４０は垂直状態（重心方向に一致する方向）に自動的に戻る。よって、ヘリコプタ１はホバーリング状態に戻る。
【００４２】
ここで、図５を参照して、操縦用スティック１１を操作して垂直シャフト４０を傾斜させた場合の動作を説明する。操縦用スティック１１を操作して垂直シャフト４０を傾斜させるとロータシャフト７１、８１が傾斜する。この結果、ロータシャフト７１、８１に取り付けられている上ロータ７および下ロータ８の回転面が傾き、傾き方向の水平分力により、当該分力方向にヘリコプタ１を進めることができる。この場合、進行方向の飛行速度に伴う揚力増に起因して、操縦用スティック１１が重くなる（大きな操作力が必要になる）。
【００４３】
図５（ａ）に示すように、ホバーリング状態では、上下のロータ７、８の回転による発生推力は上向きの垂直成分（揚力）のみであり、ヘリコプタ１の重力Ｗが作用する重心位置Ｏ１は垂直線分の延長線上に位置している。これに対して、前進飛行時では進行方向への水平分力を発生させるために上下のロータ７、８が進行方向に傾斜する。この結果、図５（ｂ）に示すように、上下のロータ７、８による推力の発生中心点Ｏ２が、重心位置Ｏ１を通る垂線上から前方に所定量（δ）ずれてしまい、操縦用スティック１１が重くなってしまう。
【００４４】
本例では、ヘリコプタ１に搭載されている制御回路３０によって、各連結具１７の検出器１７ｅによって検出された各連結具１７の伸縮量に基づき、ロータ駆動ユニット２およびスライドユニット３の下部機体５に対する傾斜方向、傾斜角度が検出される。図５の例の場合には前方への傾斜であること、および、その傾斜角度が算出される。これに基づき、制御回路３０は前後スライドユニット１２を駆動して、ロータ駆動ユニット２を初期位置から後方に向けて傾斜角度に応じたスライド量だけ移動させるようにしている。
【００４５】
この結果、図５（ｃ）に示すように、上下のロータ７、８の推力の発生中心点Ｏ２を後方に移動させて重心位置Ｏ１に一致あるいは接近させることができる。これにより、前進飛行時などにおける操縦用スティック１１の操作力の増加分をキャンセルあるいは抑制することができ、常に小さな操作力によってヘリコプタ１を操縦することができる。なお、図５においては説明を簡単にするために、前方に飛行する場合を例に説明しているが、他の方向に向かって飛行する場合も同様である。
【００４６】
また、操縦用スティック１１に加わる操作力を検出し、この操作力を予め定めた値以下に保持できるように、前後スライドユニット１２、左右スライドユニット１３の駆動を制御するようにしてもよい。例えば、図５に示すように、操縦用スティック１１に歪計Ｓを取り付けておき、制御回路３０によって、歪計Ｓが予め定めた値以上にならないようにロータ駆動ユニット２のスライド位置を制御すればよい。
【００４７】
［実施の形態２］
次に、図６は本発明の実施の形態２に係るヘリコプタを示す説明図である。実施の形態２のヘリコプタ４００は無人用の無線操縦式のヘリコプタである。ヘリコプタ４００の基本構成は実施の形態１のヘリコプタ１と同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略するものとする。
【００４８】
本例のヘリコプタ４００では、そこに搭載されている制御回路３０に無線送受信部３１が搭載されており、地上から、リモコン３２等を用いて無線操縦できるようになっている。また、操縦機構として、操縦用スティック１１および４本の連結具１７の代わりに、４本の伸縮アクチュエータ１７Ａが取り付けられている。伸縮アクチュエータ１７Ａは油圧式あるいは電動式のものであり、個別に伸縮させることにより、ロータ駆動ユニット２を前後左右に傾斜させることが可能である。
【００４９】
下部機体５Ａは、揺動自在継手４および４本の伸縮アクチュエータ１７Ａを介して、スライドユニット３から吊り下げられている。この下部機体５Ａには、例えば薬剤散布装置４０１が搭載されており、無線操縦によって薬剤散布を行うことが可能である。
【００５０】
この構成のヘリコプタ４００においても、実施の形態１のヘリコプタ１と同様に、ホバーリング時および飛行時の姿勢安定性が高いという利点がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年11月30日(2012.11.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の回転中心線（６）の回りを逆方向に回転可能な上ロータ（７）および下ロータ（８）を備えたロータ駆動ユニット（２）と、
前記ロータ駆動ユニット（２）を前記回転中心線（６）に直交する直交平面方向にスライドさせるために当該ロータ駆動ユニット（２）の下面に取り付けたスライドユニット（３）と、
前記スライドユニット（３）の下面から揺動自在継手（４）を介して吊り下げられている下部機体（５、５Ａ）と、
前記ロータ駆動ユニット（２）あるいは前記スライドユニット（３）の下面と前記下部機体（５、５Ａ）の間に架け渡した少なくとも２本の伸縮式の連結具（１７、１７Ａ）と、
前記連結具（１７、１７Ａ）の伸縮量を検出するために当該連結具（１７、１７Ａ）に取り付けられている検出器（１７ｅ）と、
前記検出器（１７ｅ）の検出出力に基づき、前記スライドユニット（３）による前記ロータ駆動ユニット（２）のスライド方向およびスライド量を制御する制御回路（３０）とを有し、
前記制御回路（３０）は、前記検出器（１７ｅ）によって検出された前記連結具（１７、１７Ａ）の伸縮量に基づき、前記ロータ駆動ユニット（２）が前記揺動自在継手（４）を中心として前記下部機体（５、５Ａ）の重心方向に対して傾斜する場合に、前記上ロータ（７）および前記下ロータ（８）の回転により発生する推力の中心点（Ｏ２）を通る垂線に前記下部機体（５、５Ａ）の重心（Ｏ１）を通る垂線が一致するように、前記スライドユニット（３）によって、前記ロータ駆動ユニット（２）の傾斜方向に当該ロータ駆動ユニット（２）をスライドさせることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１、４００）。
【請求項２】
請求項１において、
前記ロータ駆動ユニット（２）を、前記揺動自在継手（４）を中心として、前記下部機体（５）の重心方向に対して傾斜させるために手動操作される操縦用スティック（１１）を有していることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１）。
【請求項３】
請求項２において、
前記操縦用スティック（１１）に作用する操作力を検出するための検出器を備えており、
前記制御回路（３０）は、前記検出器の検出値が予め定めた値以下となるように、前記スライドユニット（３）によって前記ロータ駆動ユニット（２）をスライドさせることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（１）。
【請求項４】
請求項１において、
前記連結具として機能する伸縮アクチュエータ（１７Ａ）を備えており、
前記制御回路（３０）は、前記伸縮アクチュエータ（１７Ａ）のそれぞれを個別に伸縮させることにより、前記ロータ駆動ユニット（２）を、前記揺動自在継手（４）を中心として、前記下部機体（５）の重心方向に対して所定の方向に所定の角度だけ傾斜させる操縦制御を行うことを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ（４００）。
【国際調査報告】
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